מחולל ביו-גז, כמערכת שלמה של ציוד הממיר ביו-גז המופק מתסיסה אנאירובית של ביומסה לאנרגיה חשמלית, הוא בעל עיצוב מבני המשפיע ישירות על היעילות התפעולית, היציבות והביצועים הסביבתיים שלו. בסך הכל, הוא מורכב מיחידת הכנה וטיהור גז, מערכת אספקת גז, יחידת ייצור חשמל, התקן להשבת חום פסולת, יחידת חשמל ובקרה ומערכת הגנה בטיחותית. רכיבים אלה פועלים יחד כדי להשיג את כל תהליך ההמרה מגז גולמי לאנרגיה חשמלית מוסמכת.
יחידת ההכנה והטיהור של הגז היא הקצה הקדמי- של המערכת כולה. יחידה זו כוללת בעיקר מעכל אנאירובי, מכשיר ערבוב, מכשיר חימום ובקרת טמפרטורה וצינורות איסוף גז. המעכל האנאירובי משתמש בדרך כלל במבנה פלדה או בטון סגור, שומר על סביבה-בטמפרטורה בינונית (35-38 מעלות) או- טמפרטורה גבוהה (55-58 מעלות) בסביבה פנימית כדי להקל על מתנוגנזה יעילה על ידי מיקרואורגניזמים. מכשיר הבחישה מבטיח מגע מספק בין החומר למיקרואורגניזמים, בעוד שמכשיר החימום ובקרת הטמפרטורה שומר על טמפרטורת תגובה יציבה. הביוגז הגולמי שנוצר מועבר דרך צינורות ליחידת הטיהור כדי להסיר זיהומים מזיקים כגון מימן גופרתי, לחות, חלקיקים וסילוקסנים. ציוד טיהור כולל בדרך כלל מגדל הסרת גופרית (תהליך יבש או רטוב), מפריד קונדנסט, מסנן חלקיקים ומכשיר ספיחת פחם פעיל כדי להבטיח שהרכב וניקיון הגז הנכנס ליחידת ייצור החשמל עומדים בדרישות היחידה.
מערכת אספקת הגז אחראית על אספקה יציבה של הביוגז המטוהר לתא הבעירה. מערכת זו מורכבת ממדחס גז או מפוח, שסתום ויסות לחץ, מכשיר מדידת זרימה ושסתום סגירה בטיחותי. שסתום ויסות הלחץ מתאים אוטומטית את לחץ אספקת הגז בהתאם לשינויים בעומס היחידה ובלחץ הגז כדי להבטיח בעירה יציבה; מכשיר מדידת הזרימה עוקב אחר אספקת הגז בזמן אמת, ומספק בסיס להתאמת עומסים ובקרה; שסתום הסגירה הבטיחותי- יכול לנתק במהירות את אספקת הגז כאשר הוא מזהה דליפת גז, לחץ חריג או כיבוי להבה כדי למנוע מהתאונה מהסלמה.
יחידת ייצור החשמל היא הליבה של מחולל הביו-גז. נכון לעכשיו, הגישה המרכזית היא להשתמש בסט מחולל מנועי בעירה פנימית של גז, עם טורבינות גז או מנועי סטירלינג בשימוש במקרים בודדים. מנוע הבעירה הפנימית בגז מורכב מצילינדר, בוכנה, מנגנון מוט חיבור, רכבת שסתומים ומערכת הצתה. עיצוב תא הבעירה חייב להיות מותאם לערך הקלורי הנמוך ולמאפייני הרכב המשתנים של דלק ביו-גז. מערכת ההצתה משתמשת בעיקר בהצתה אלקטרונית-באנרגיה גבוהה כדי להבטיח הצתה אמינה גם עם שינויים בריכוז הגז. גל הארכובה של מנוע הבעירה הפנימית מחובר לרוטור הגנרטור באמצעות צימוד, הממיר תנועה הדדית לאנרגיה מכנית סיבובית, אשר לאחר מכן מומרת לאנרגיה חשמלית על ידי הגנרטור. דגמים מסוימים מצוידים במגדשי טורבו של גז פליטה כדי להגביר את צפיפות האוויר בכניסה ותפוקת הכוח.
התקן לשחזור חום הפסולת מנצל את החום הנישא על ידי גז הפליטה בטמפרטורה גבוהה- ממנוע הבעירה הפנימית ומי קירור ציפוי הצילינדר, וממיר אותו לאנרגיית חום שמיש דרך מחליפי חום. מחליף החום של גז הפליטה מחזיר את רוב החום ההגיוני מגז הפליטה לחימום ובידוד של מעכלים אנאירוביים או הסקה מחוזית; מחליף החום של מי הצילינדר מסיר חום ממי הקירור לשימוש כמים חמים לייצור ביתי או לחימום תהליך, ובכך משפר באופן משמעותי את יעילות האנרגיה הכוללת של המערכת.
יחידת החשמל והבקרה כוללת את מתג פלט הגנרטור, ווסת מתח אוטומטי, התקן בקרת חיבור רשת ומערכת ניטור מרכזית. ווסת המתח האוטומטי שומר על מתח מוצא יציב, והתקן בקרת חיבור הרשת מבטיח סנכרון וחיבור בטוח עם רשת החשמל או עומסים עצמאיים. מערכת הניטור המרכזית, המבוססת על PLC או מחשב תעשייתי, אוספת ומציגה נתונים בזמן אמת על לחץ גז, טמפרטורה, קצב זרימה, מהירות יחידה, תפוקת כוח ומחווני פליטה. הוא כולל גם אזעקות תקלות, כיבוי אוטומטי ויכולות תקשורת מרחוק.
מערכת הגנה בטיחותית משולבת בכל יחידה המצוידת בגלאי דליפת גז בעירה, גלאי להבה, חיישני טמפרטורה, התקני הגנת לחץ ולחצני עצירת חירום. לאחר זיהוי מצב מסוכן, המערכת מיישמת מיד אמצעי חירום כגון כיבוי גז, כיבוי ואוורור כדי להבטיח את בטיחותם של הצוות והציוד.
בסך הכל, התכנון של מחולל הביו-גז משקף שילוב של דיסציפלינות מרובות: מתגובות ביוכימיות לכוח תרמי, ולאחר מכן לאוטומציה חשמלית והגנה על בטיחות, כל ההיבטים קשורים קשר הדוק. המבנה המעוצב בצורה מדעית לא רק מבטיח תפוקת כוח יעילה ויציבה אלא גם מספק תמיכה טכנית אמינה לניצול משאבים וייצור נקי של פסולת אורגנית.